基础定义

摩尔定律

提出背景

早在1959年，美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管，紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上，采用一种所谓“光刻”技术来形成半导体电路的元器件，如二极管、三极管、电阻和电容等。

只要“光刻”的精度不断提高，元器件的密度也会相应提高，从而具有极大的发展潜力。因此平面工艺被认为是“整个半导体的工业键”，也是摩尔定律问世的技术基础。

1965年时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志35周年专刊写了一篇观察评论报告，题目是：“让集成电路填满更多的元件”。在摩尔开始绘制数据时，发现了一个惊人的趋势：每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。

如果这个趋势继续的话，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。摩尔的观察资料，就是后来的摩尔定律，所阐述的趋势一直延续至今，且仍不同寻常地准确。

人们还发现这不光适用于对存储器芯片的描述，也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。在26年的时间里，芯片上的晶体管数量增加了3200多倍，从1971年推出的第一款4004的2300个增加到奔腾II处理器的750万个。

应用举例

前寒武纪早期多细胞生命的艺术想象图

生物学应用

2013年，科学家将摩尔定律应用到了地球生命复杂性的研究上，他们的结果显示，有机生命的存在时间远超过地球本身。研究者将摩尔定律中的晶体管换成了核苷酸——生命遗传物质的基础——将电路换成了遗传物质，进行数学计算。计算结果显示，生命最早出现在100亿年前，比地球45亿年的预测年龄古老得多。研究者称，在太阳系形成的时候，可能已经存在着类似细菌的生物体，或者一些存在于银河系古老区域的简单核苷酸，可能通过彗星、小行星或其他太空碎片来到地球。这一假说被称为有生源说，又称泛种论。有科学家认为，直到现在仍有生命以泛种论的方式进入地球。

摩尔定律有时也适用于绿色技术的产品。例如，考虑一下DNA测序仪—绿色技术的核心工具之一。1977年，弗雷德·桑格( Fred Sanger)率先对一个包含五千个碱基对的完整病毒基因组进行了测序；而二十五年后，人们对包含有三十亿个碱基对的人类基因组进行了测序。碱基对的输出遵循了摩尔定律，但测序的成本却不然。人类基因组的测序成本远超过了病毒基因组。现有的测序仪可谓巧夺天工之作，但是笨重而昂贵。它们用湿化学法，批量处理DNA分子。化学试剂的成本与机器一样昂贵。生物学现在需要的是单分子测序，即每次处理一个分子，而且要用物理的而非化学的方法进行测序。发明这种机器是物理学家的事，他们使用灰色技术来支持绿色技术。发明这种机器并且让它可靠地工作的人，将对生物学作出重大贡献4。

单分子测序仪可以比现有的测序仪快得多也便宜得多。它也许和现有的手提电脑一样小巧灵便，可以像将单链转化成双链的DNA聚合酶一样快速处理DNA分子，以每秒一千对的速率，将碱基读入计算机内存。以这样的速度，单台机器可以在一个月内，完整地读出一个人类基因组。凭借大量的艰苦努力和一点运气，我们将不断改进单分子测序仪，让摩尔定律的适用范围能拓展到未来—每十年增加测序速度一百倍，降低设备成本一百倍对于绿色技术这将意味着什么？到现在为止，我们已经对一百余个物种(其中大多数是微生物)进行了基因组测序，共测定了约一百亿个碱基对。我们这个星球的生物圈包含约一千万个物种，它们的基因组共包含约十万亿个碱基对。用计算机科学的语言表示的话，地球上所有的物种的基因组加起来共有几百万个吉字节的数据。这个数据库在大小上与其他一些现存的数据库基本相当。我们已经知道如何存储和搜索这种规模的数据库。但在对这些基因组进行测序之前，必须探索生物圈并确定其中的物种。如果摩尔定律在应用于DNA测序时仍然有效，我们可以在大约三十年内完成对整个生物圈进行DNA测序的工作，其成本不会比人类基因组的测序高太多。生物圈基因组项目会让我们开始深入理解生物圈，就像人类基因组项目使我们开始深入理解人类生物学一样。无论是对理解生物圈还是对保护生物圈而言，千万个物种的测序都将是一个良好的开端。如果我们明白了生物圈里有什么，我们将有更大的机会保护好它4。

演绎过程

摩尔定律

1965年4月19日，《电子学》杂志（Electronics Magazine）第114页发表了摩尔（时任仙童半导体公司工程师）撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉，文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。

1975年，摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正，把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”，而普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但1997年9月，摩尔在接受一次采访时声明，他从来没有说过“每18个月增加一倍”，而且SEMATECH路线图跟随24个月的周期。

大抵而言，若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC，随着制程技术的进步，每隔一年半，IC产出量就可增加一倍，换算为成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。就摩尔定律延伸，IC技术每隔一年半推进一个世代。